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Ion Source Options－RGA 殘餘氣體分析離子源選配系統
Ion Source Options－RGA 殘餘氣體分析離子源選配系統
依 Vacuum、UHV、TPD、MBE、Molecular Beam 與 Reactive Gas 應用選擇最佳 Ion Source
Hiden 提供多種Electron Impact Ion Source 與特殊離子源配置，可安裝於不同 Hiden Residual Gas Analyser 系統，以依實際研究環境最佳化 RGA 的靈敏度、背景、取樣幾何與壓力適用範圍。
離子源是 Quadrupole Mass Spectrometer 中直接影響 Ionisation、Background、Species Transmission 與 Application Compatibility 的關鍵元件，因此不同 Vacuum Process、UHV、MBE、TPD 或 Molecular Beam 應用需要不同的 Source Geometry 與材料配置。
Ion Source Options 系統概述
針對不同真空環境、氣體性質、取樣幾何與分析目的，配置合適的 RGA Ion Source。
在 Residual Gas Analysis 中，Electron Impact Ionisation 通常利用電子束撞擊中性氣體分子，使其產生帶電離子，再由 Quadrupole Mass Filter 依 Mass-to-Charge Ratio 進行分離。
但不同分析條件對 Ion Source 的要求並不相同。例如 UHV 系統需要極低 Outgassing；High Pressure Sampling 需要 Closed Source 與 Differential Pumping；MBE 則需要能直接接受 Molecular Beam 的 Cross-Beam Geometry。
Hiden 因此提供多種可互換的 Ion Source Options，使同一 RGA Platform 能依不同 Application 進行最佳化配置。
主要 Ion Source 類型
由一般 Residual Gas Analysis 到 UHV、High Pressure、MBE 與 Molecular Beam Research。
Standard RGA Source
Radially Symmetric 標準離子源，適合一般 Vacuum Diagnostics、Residual Gas Analysis、Leak Detection 與 Process Monitoring。
UHV Low Profile
針對 UHV TPD / TDS 研究最佳化的低輪廓設計，可讓 Ion Source 更靠近樣品或 Gas Evolution Surface，提高短距離取樣能力。
Closed Source
適合較高壓力氣體研究，氣體可直接導入 Ion Source，並搭配 Differentially Pumped Mass Analyser 使用。
XBS Cross Beam
專為 Molecular Beam Epitaxy（MBE）Deposition Rate Monitoring 與 Beam Source Control 所設計。
Basic Cross Beam
具有穿越 Ionisation Region 的 Unobstructed Beam Path，可分析 Molecular Beam，特別適合可能在 Ioniser Surface 凝結的物種。
Laser Cross Beam
具有兩組正交的無障礙光路，可在 Source Cage 內進行 Laser Photon Ionisation，提供 Electron Impact 以外的研究方法。
4-Lens Ion Optics
整合 Ioniser 與四透鏡 Ion Optics，可分析在分析器外部產生的 Low-Energy Positive / Negative Ions。
Platinum Ion Source
針對 Reactive Gas Environment 改善操作穩定性，採 Radially Symmetric Geometry 並相容於 UHV。
Gold-Plated Ion Source
利用 Gold-Plated Surface 降低 Source Outgassing 對 Background Measurement 的影響，可提供 Standard 或 Low-Profile 配置。
Vacuum Fired Source
專為高要求 UHV 應用設計，經 Vacuum Firing / Annealing 處理以進一步降低 Outgassing，適合極低背景 Residual Gas Analysis。
UHV Low Profile 與 Vacuum Fired Source
降低 Source Outgassing，提高 UHV / XHV 微量背景量測可信度。
在 Ultra-High Vacuum 系統中，Ion Source 本身所釋放出的 Hydrogen、Water 或其他 Adsorbed Species 都可能成為重要 Background Signal。
UHV Low Profile Source 除了降低幾何尺寸，也能讓離子源更接近 Thermal Desorption Surface，因此適合 TPD / TDS 研究中需要快速捕捉微量 Evolved Species 的應用。
若研究對極低 Outgassing 有更高要求，可選用 Vacuum Fired Ion Source。Hiden 透過真空高溫處理降低材料內部吸附與溶解氣體，使離子源更適合極低背景 UHV Application。
Closed Source 與 High Pressure Sampling
將待測氣體直接導入 Ionisation Region，提高較高壓力氣體分析的控制能力。
一般 Open Ion Source 直接量測真空腔體中的 Residual Gas；Closed Source 則可將待分析 Gas Stream 直接導入 Ionisation Region。
此方式適合 Process Gas、Higher Pressure Gas Sample 與需要限制外部 Vacuum Background 影響的分析條件。
Closed Source 通常與 Differential Pumping Stage 搭配，使 Source Region 可以接受較高氣體壓力，同時讓 Quadrupole Mass Filter 維持所需的低壓工作條件。
Cross Beam 與 Molecular Beam Analysis
讓 Molecular Beam 直接穿越 Ionisation Region，降低壁面接觸與凝結干擾。
Basic Cross Beam Source 具有穿越 Ionising Region 的無障礙通道，因此 Molecular Beam 可以直接進入離子源，而不需要先撞擊或接觸額外表面。
這對容易 Condense 的 Molecular Species 特別重要，可降低待測物在 Ioniser Surface 上沉積後造成的 Memory Effect 或 Background。
Hiden 亦提供 External Shroud，以降低 Condensing Species 對 Quadrupole Mass Filter 的污染。
XBS－MBE Deposition Rate Monitoring
專門針對 Molecular Beam Epitaxy 多源沉積監測所設計的 Cross-Beam Source。
Molecular Beam Epitaxy 需要精確控制不同 Evaporation / Effusion Source 的 Beam Flux，才能維持穩定 Layer Composition 與 Growth Rate。
XBS Cross Beam Source 專門針對 MBE Geometry 配置，可直接量測來自不同 Source 的 Molecular Beam，並將質譜訊號用於 Deposition Rate Monitoring 與 Process Control。
對需要多源材料比例控制、低成長速率與高 Repeatability 的 MBE 系統，Cross-Beam RGA 提供比一般 Chamber Background RGA 更具直接性的 Source Flux Information。
Platinum 與 Gold-Plated Ion Source
依 Reactive Gas Compatibility 與 Low-Outgassing Requirement 選擇不同離子源材料。
Platinum Ion Source
Platinum Source 專為 Reactive Gas Atmosphere 改善操作性能，可用於一般標準材質較容易受到反應性氣體影響的分析條件。
Gold-Plated Ion Source
Gold-Plated Source 主要目的為降低 Source Outgassing，適合需要更低 Background 與潔淨 UHV Environment 的分析。
4-Lens Ion Optics 與外部離子分析
直接分析在 Mass Spectrometer 外部生成的低能量 Positive / Negative Ions。
標準 RGA 主要利用自身 Electron Impact Ioniser 將 Neutral Gas Ionise，再進行 Mass Analysis。
4-Lens Ion Optics with Integrated Ioniser 則增加了直接導入外部 Low-Energy Ions 的能力，可量測 Positive 與 Negative Ions。
典型研究包括 Electron-Stimulated Desorption、Photon-Stimulated Desorption 與 Laser-Stimulated Desorption，適合 Surface Science 與 UHV Desorption Studies。
Ion Source Options 主要特色
模組化、可互換，並可依特殊真空與材料環境選擇合適 Source Geometry。
- Standard RGA Ion Source
- UHV Low Profile Ion Source
- Closed Source
- Basic Cross Beam Source
- XBS Cross Beam Source
- Laser Cross Beam Source
- 4-Lens Ion Optics with Integrated Ioniser
- Platinum Ion Source
- Gold-Plated Ion Source
- Vacuum Fired Source
- Interchangeable Ion Source Options
- Standard / Low Profile Configurations
離子源配置重點
依 Hiden Analytical 現行 Ion Source Options 與 RGA 技術資料整理。
| Ionisation Principle | Electron Impact Ionisation 為主要 RGA Ionisation Method |
|---|---|
| Standard Source | Radially Symmetric Geometry for General RGA Applications |
| UHV Low Profile | Optimised for UHV TPD / TDS and close proximity sampling |
| Closed Source | Direct Gas Input with Differential Pumping for Higher Pressure Studies |
| Basic Cross Beam | Unobstructed Molecular Beam Path through Ionisation Region |
| XBS Cross Beam | MBE Deposition Rate Monitoring and Control |
| Laser Cross Beam | Orthogonal Optical Paths for Laser Photon Ionisation |
| 4-Lens Ion Optics | External Low-Energy Positive / Negative Ion Analysis |
| Platinum Source | Improved Operation in Reactive Gas Atmospheres |
| Gold-Plated Source | Reduced Ion Source Outgassing |
| Vacuum Fired Source | Very Low Outgassing for Demanding UHV Applications |
| Standard Filament | Oxide-Coated Iridium; other materials available on request |
Ion Source Options 典型應用
不同 Ion Source 讓同一 RGA Technology 可延伸至非常不同的研究與製程環境。
General RGA
Vacuum Fingerprinting、Leak Detection、Contamination Monitoring 與一般 Residual Gas Analysis。
UHV / XHV
利用 Low Profile、Gold-Plated 或 Vacuum Fired Source 降低 Background Outgassing。
TPD / TDS
Low Profile Source 可更接近 Sample Evolution Surface，適合 Thermal Desorption Studies。
High Pressure Gas
Closed Source 搭配 Differential Pumping，可進行較高壓力 Process Gas Analysis。
Molecular Beam
Basic Cross Beam Source 可直接接受 Molecular Beam，降低凝結與表面交互作用。
MBE
XBS Cross Beam Source 適合監測 Effusion Cell / Molecular Beam Source Flux 與 Deposition Rate。
Reactive Gas
Platinum Source 適合需要改善 Reactive Gas Compatibility 的 RGA 分析。
Desorption Research
4-Lens Ion Optics 可應用於 Electron、Photon 與 Laser Stimulated Desorption 產生的低能量離子分析。
為何 Ion Source 選擇很重要？
相同 Quadrupole Mass Analyzer，搭配不同 Ion Source 可能產生完全不同的分析性能與適用範圍。
RGA 的性能不只由 Mass Range 或 Detector 決定。Ion Source Geometry、Material、Outgassing、Gas Pressure、Sample Distance 與待測 Species 都會影響最終分析結果。
例如，一般 Vacuum Diagnostics 可使用 Standard RGA Source；UHV Hydrogen Background Research 則更適合 Vacuum Fired Source；MBE Beam Monitoring 需要 XBS Cross Beam；較高壓氣體則需要 Closed Source 與 Differential Pumping。
因此在規劃 Hiden RGA 系統時，Ion Source 應與Vacuum Pressure、Target Species、Process Chemistry、Sampling Geometry 與 Detection Limit一起評估，而不是只依 Mass Range 選擇。
恩詠有限公司－Hiden RGA Ion Source 選型與系統配置
RGA Ion Source 的配置應依 Vacuum Pressure、Target Gas、Reactive Gas Compatibility、Background Requirement、Sampling Geometry、UHV Level、是否需要 Molecular Beam / MBE / TPD Analysis，以及是否需要直接分析 External Positive / Negative Ions 進行評估。
恩詠有限公司可依客戶的真空系統、研究目的、Target Species、Pressure Range、UHV Background、TPD / TDS、MBE、Molecular Beam、Reactive Gas、Differential Pumping 與 Existing RGA Configuration，協助評估適合的 Hiden Standard、Low Profile、Closed、Cross Beam、Platinum、Gold-Plated 或 Vacuum Fired Ion Source。